來談談“海洋金屬”——鈦合金
時間：2020-07-29 訪問量：1246
伴隨著全球化和信息時代的到來，一些傳統的材料似乎已經無法在一些高精尖領域內擔任最前沿的制造任務，所以新型材料的不斷誕生也就成為了科技發(fā)展的必備條件。那么我們今天就來看看新時代十分火熱的一種金屬材料鈦。
其實對于鈦合金這種東西大家可能并不了解，但一定不陌生。比如我們每人都值得擁有的鈦合金狗眼這個東西想必大家都聽說過，只是平時我們只知道玩梗，并不知道這是怎么回事。它其實出自當年火爆全網吧的RPG游戲《魔獸世界》。
該詞是由魔獸世界里面的硬化氪金狗眼及泰坦精鋼狗眼引申而來。硬化氪金與泰坦精鋼這兩種材料在游戲中相當稀缺，賣價較貴，而且很多優(yōu)秀的裝備都會用到這種材料打造。所以可想而知，鈦合金是一種相當頂尖的材料。接下來咱們就正兒八經地講講這個代表著大神玩家的材料吧。
鈦合金，這種在20世紀50年代發(fā)展起來的金屬材料很快就在諸多前沿領域替代了傳統的鋼鐵，成為了不可或缺的材料。由于它比鋼鐵更完美的特性，使得它在航空航天、航海、信息傳輸等方面成為了不可或缺的存在。
熱強度高
其使用溫度比鋁合金高幾百度，在中等溫度下仍能保持所要求的強度,可在450～500℃的溫度下長期工作這兩類鈦合金在150℃～500℃范圍內仍有很高的比強度，而鋁合金在150℃時比強度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達500℃，鋁合金則在200℃以下。
強度高
鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，僅為鋼的60%，純鈦的密度才接近普通鋼的密度，一些高強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結構材料，具體數據參考圖表，可制出單位強度高、剛性好、質輕的零部件。飛機的發(fā)動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
抗蝕性好
鈦合金在潮濕的大氣和海水介質中工作，其抗蝕性遠優(yōu)于不銹鋼；對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強；對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。
低溫性能好
鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學性能。低溫性能好，間隙元素極低的鈦合金，如TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結構材料。
除此之外，鈦合金還有化學活性大、導熱彈性小等優(yōu)質特性?？梢娾伜辖鹂梢哉f是非同小可。就拿軍事航海領域來舉例吧，而航空母艦可以說是這方面得一個重要指標，我們經常說很多國家都可以制造得起航母但養(yǎng)不起它。曾經有報道說航母甲板上一顆鉚釘就能換一輛轎車，可見有多燒錢，這種鉚釘也不是普通的鉚釘，它是用鈦合金材料制成的鉚釘。
當然，這種昂貴的鈦合金鉚釘并不是滿甲板都是，也只有在起落戰(zhàn)斗機的地方才有。這就是利用了鈦合金的重要性質。因為戰(zhàn)斗機在起飛時會噴出超過1000攝氏度的高溫，這就需要對甲板有耐高溫的要求，而對耐高溫材料的焊接技術又不成熟，所以甲板之間的拼裝就需要靠鈦合金鉚釘來完成。
鈦合金的分類也很有講究，不同類型的鈦合金材料性質不同，從而作用也有差異。鈦是同素異構體，熔點為1668℃，在低于882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方晶格結構，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當的合金元素，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（titanium alloys）。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類α合金,(α+β)合金和β合金。中國分別以TA、TC、TB表示。
α鈦合金
它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強度和抗蠕變性能，但不能進行熱處理強化，室溫強度不高。
鈦合金β鈦合金
它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強度，淬火、時效后合金得到進一步強化，室溫強度可達1372～1666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。
鈦合金α+β鈦合金
它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工，能進行淬火、時效使合金強化。熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強度高，可在400℃～500℃的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。
這里我們簡單地介紹一下上文中提到得鈦合金的重要工程熱處理。鈦合金的熱處理工藝可以歸納為：
（1）消除應力退火：目的是為消除或減少加工過程中產生的殘余應力。防止在一些腐蝕環(huán)境中的化學侵蝕和減少變形。
（2）完全退火：目的是為了獲得好的韌性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和組織的穩(wěn)定性。
（3）固溶處理和時效：目的是為了提高其強度，α鈦合金和穩(wěn)定的β鈦合金不能進行強化熱處理，在生產中只進行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩(wěn)β鈦合金可以通過固溶處理和時效使合金進一步強化。
此外，為了滿足工件的特殊要求，工業(yè)上還采用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。
不過這個材料界的天之驕子也并不是十全十美的。鈦及鈦合金主要限制是在高溫與其它材料的化學反應性差。此性質迫使鈦合金與一般傳統的精煉、熔融和鑄造技術不同，甚至經常造成模具的損壞；結果，使的鈦合金的價格變的十分昂貴。因此它們剛開始大多用在飛機結構、航空器，以及用在石油和化學工業(yè)等高科技工業(yè)。不過由于太空科技的發(fā)達、人民生活質量的提升，所以鈦合金也漸漸地用來制成民生用品，造福人民的生活，只是這些產品價格仍然偏高，多屬于高價位的產品，這是鈦合金無法發(fā)揚光大的最大的致命傷。
鈦合金材料的青春在多元化時代的光輝照耀下顯得十分耀眼，不過人類進步的車輪從來不會因為任何一樣東西而停滯。任何阻擋歷史車輪的舉動，都是可笑的，他會被歷史的車輪給捻碎。專家們曾經預估過2013~2015是鈦合金生產使用的巔峰時期，之后其產量和用途則會下降。而事實也驗證了他們的話。鈦合金，這個曾光芒萬丈的材料，在今天的熱度已經完全沒法和五年前相提并論。它終究有一天會被更加優(yōu)質的材料所替代，成為一個人類進步的淘汰者。
我喜歡它，新為它身上有著工業(yè)老臣鋼鐵的影子，它們的拿分剛強，拿分堅韌都曾是人類歷史上光輝的象征。但奈何時過境遷，廉頗老矣，科技的發(fā)展速度越發(fā)不可收拾，方向也越來越多，對材料的要求也是越來越苛刻。
也許科普文章不應該摻雜太多的個人情感，懷揣著對鋼鐵，對鈦合金，對所有被淘汰的材料的那份震撼，敬畏和懷念，文章刪了又寫寫了又刪。其實，讓傳統材料回歸市場很簡單，只要加大生產就好。但單純地加大生產只會是人類停滯不前甚至后退。這不是材料學的本意，而且這種方法也無法使傳統材料再一次光芒四射。也許，鈦合金和其他創(chuàng)痛材料只是需要一個機會，一次創(chuàng)新，一次改良。無論是對性能，還是對加工工藝，只要有哪怕只是一點點地突破，就會使它們再次發(fā)揮最用，為人類文明的遠行保駕護航。
億沐鑫新材料公司產品分類：鈦棒、鈦管、鈦板、鈦陽極、鈦箔鈦帶、鈦法蘭、鈦絲、鈦靶材、鈦設備、鈦餅鈦環(huán)、鈦標準件、鈦加工件
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